Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ предметной области организации работ по рассмотрению обращений граждан в системах организационного управления 11
1.1. Принципы функционирования систем организационного управления 11
1.1.1. Основные принципы организации труда в системах организационного управления 11
1.1.2. Формализация процесса принятия управленческих решений 14
1.1.3. Особенности систем организационного управления
1.2. Основные принципы организации работ по рассмотрению обращений граждан в структурах организационного управления 21
1.3. Информационные технологии в системах организационного управления 23
1.3.1. Существующие технологии создания информационных систем организационного управления 23
1.3.1.1. Технологии автоматизации рабочих процессов 23
1.3.1.2. Технологии автоматизации эвристической деятельности 27
1.3.1.3. Анализ возможностей существующих технологий создания информационных систем организационного управления 37
1.3.2. Мультиагентный подход к построению информационных систем организационного управления 38
1.3.2.1. Понятие интеллектуального агента и мультиагентной системы 39
1.3.2.2. Существующие технологии построения мультиагентных систем 43
Выводы по главе 1 47
2. Модели процесса организации работ по рассмотрению обращений граждан в системах организационного управления 49
2.1. Модель процесса организации работ по рассмотрению обращений граждан в нотации теории систем массового обслуживания 49
2.1.1. Выбор типа системы 49
2.1.2. Математическое описание системы 50
2.1.3. Критерии эффективности функционирования системы 54
2.2. Модели мультиагентной системы организационного управления 55
2.2.1. Теоретические основы описания моделей мультиагентной системы организационного управления
2.2.2. Структурная декомпозиция предметной области систем организационного управления 58
2.2.3. Модели агентов мультиагентнои системы организационного управления 2.2.3.1. Информационная модель агентов 64
2.2.3.2. Функциональная модель агентов 67
2.2.3.3. Организационная модель агентов 68
2.2.4. Модели процессов мультиагентнои системы организационного управления 70
2.2.4.1. Общий подход к построению моделей процессов 70
2.2.4.2. Модель поведения агента сотрудника 71
2.2.4.3. Модель поведения агента сценария 75
2.2.4.4. Модель поведения агента операции 78
2.2.5. Модели взаимодействия компонентов мультиагентнои системы организационного управления 78
Выводы по главе 2 80
3. Разработка прототипа мультиагентнои системы отдела писем и приема граждан 82
3.1. Технология проектирования мультиагентнои системы организационного управления 82
3.1.1. Общая схема технологии проектирования мультиагентнои системы организационного управления 82
3.1.2. Концептуализация предметной области систем организационного управления 3.1.2.1. Построение функциональной модели систем организационного управления 84
3.1.2.2. Разработка FK-проекции предметной области систем организационного управления 87
3.1.2.3. Разработка FKM-проекции предметной области систем организационного управления 3.1.3. Формализация предметной области системы организационного управления 99
3.1.4. Разработка архитектуры мультиагентнои системы организационного управления 110
3.2. Реализация прототипа мультиагентнои системы отдела писем и приема граждан 112
3.2.1. Предметная область отдела писем и приема граждан 112
-4 3.2.2. Концептуализация предметной области отдела писем и приема граждан 115
3.2.2.1. Функциональная модель отдела писем и приема граждан 115
3.2.2.2. FK-проекция предметной области отдела писем и приема граждан 120
3.2.2.3. FKM-проекция предметной области отдела писем и приема граждан 125
3.2.3. Формализация предметной области отдела писем и приема граждан 127
3.2.4. Разработка архитектуры мультиагентной системы отдела писем и приема граждан 133
3.2.5. Средства реализации мультиагентной системы отдела писем и приема граждан 135
3.2.6. Программная реализация прототипа мультиагентной системы отдела писем и приема граждан 137
3.2.6.1. Общие алгоритмы работы системы 137
3.2.6.2. Разработка агентов информационного уровня 144
3.2.6.3. Разработка агентов технологического уровня 146
Выводы по главе 3 152
4. Экспериментальное исследование моделей отдела писем и приема граждан и прототипа мультиагентной системы отдела писем и приема граждан 154
4.1. Вычислительный эксперимент для математической модели отдела писем и приема граждан 154
4.1.1. Вычислительный эксперимент для математической модели существующего отдела писем и приема граждан 154
4.1.2. Вычислительный эксперимент для математической модели прототипа мультиагентной системы отдела писем и приема граждан 1 4.2. Имитационная модель отдела писем и приема граждан 160
4.3. Анализ результатов экспериментальных исследований 164
Выводы по главе 4 168
Заключение 169
Список использованных источников
- Существующие технологии создания информационных систем организационного управления
- Критерии эффективности функционирования системы
- Общая схема технологии проектирования мультиагентнои системы организационного управления
- Вычислительный эксперимент для математической модели существующего отдела писем и приема граждан
Введение к работе
Одной из наиболее общих задач в системах организационного управления (СОУ) является рассмотрение обращений граждан. Во многих организациях ввиду особой важности и объемности этой задачи созданы службы, целью которых является организация работ по рассмотрению обращений граждан. Это относится, прежде всего, к органам власти, где обращения представляют собой каналы обратной связи, характеризующие работу данных структур. Здесь повышение эффективности данного направления работ является одним из факторов повышения эффективности всей организационной системы.
Организация рассмотрения обращений граждан предполагает осуществление целого ряда процедур, которые связаны с регистрацией обращений, обобщением и анализом содержательной части обращений, определением области компетенции и пересылкой обращений для принятия решений по ним, контролем хода подготовки решений по обращениям. От того, насколько оперативно и качественно отрабатываются данные процедуры, во многом зависит оперативность и качество рассмотрения обращения в целом. В современных условиях основную роль здесь играет использование информационных технологий.
Вопросы повышения эффективности функционирования СОУ путем создания информационных систем поддержки принятия управленческих решений являются предметом пристального изучения на протяжении довольного длительного периода времени. Большой вклад в развитие данного направления внесли Ларичев О.И., Мильнер Б.З., Петров А.В., Поспелов Д.А., Райков А.Н., Тихомиров М.М., Трахтенгерц Э.А., Фомин Б.Ф. и др. На данный момент задача построения информационных систем организационного управления (ИСОУ) решается в двух направлениях: поддержка рабочих процессов и поддержка эвристической деятельности. Однако эти решения не вполне соответствуют существующим потребностям. Системы поддержки рабочих процессов имеют высокую стоимость покупки и настройки, а также не затрагивают наиболее важный момент в работе СОУ - содержательный анализ информации для принятия решений. Технологии поддержки эвристической деятельности имеют большую трудоемкость построения и
сопровождения, нацелены на решение узкоспециализированных задач, требуют наличия соответствующей квалификации у пользователя и значительных затрат времени на работу с системой.
Устранить недостатки существующих технологий и построить систему, обеспечивающую весь цикл принятия управленческого решения возможно с использованием мультиагентного подхода - стремительно развивающегося в последнее время направления в области создания информационных систем. Ему посвящено множество научных исследований, среди которых можно выделить труды Городецкого В.И., Тарасова В.Б., Хорошевского В.Ф., Brooks R., Finin Т., Jennings N., Nwana H., Wooldridge M. Мультиагентная технология позволит: строить распределенные интеллектуальные системы, что органично ложится в рамки процесса функционирования СОУ, основными звеньями которого являются распределенные по организационной структуре сотрудники, на основании своих интеллектуальных способностей формирующие общие рабочие процессы в СОУ; перераспределять процессы информационной обработки по элементам системы, что ведет к увеличению ее общей производительности; повысить оперативность реагирования СОУ на совершение требуемых действий; значительно сократить вмешательства человека в процесс функционирования системы, что сэкономит время пользователя и не потребует от него особых навыков работы с ней.
Основные результаты диссертации получены в рамках выполнения гранта по фундаментальным исследованиям в области гуманитарных наук Г02-4.3-65 Минвуза РФ 2003-2004 г.г. «Исследование и разработка математических методов и средств проектирования распределенных интеллектуальных информационных систем».
В первой главе диссертационной работы производится анализ предметной области организации работ по рассмотрению обращений граждан в СОУ. В первой части главы рассматриваются общие принципы функционирования СОУ. Вторая часть главы посвящена вопросам организации работы с обращениями граждан в СОУ. В третьей части главы обсуждаются особенности информационных систем организационного управления (ИСОУ), определяются принципы их построения, проводится анализ существующих технологий создания ИСОУ, рассматривается мультиагентный подход к построению информационных систем.
-7-Во второй главе представлены модели процесса организации работ по рассмотрению обращений граждан в СОУ, В первой части главы рассмотрена модель процесса в нотации теории систем массового обслуживания (СМО). Приводится математическое описание системы, определяются критерии эффективности ее функционирования. Во второй части главы представлены модели мультиагентной системы организационного управления (МАСОУ). Здесь анализируется предметная область СОУ и определяется общий подход к построению МАСОУ; представляются основы теории информационных объектов - аппарата, используемого для описания моделей МАСОУ; приводятся модели агентов, процессов и взаимодействий компонентов МАСОУ.
В третьей главе диссертации описывается процесс разработки прототипа мультиагентной системы отдела по работе с обращениями граждан. В первой части главы представлена технология проектирования МАСОУ. В данной части рассмотрены вопросы концептуализации предметной области СОУ; первичной идентификации элементов системы с использованием методологии функционального моделирования; построения FK- и FKM-проекций системы с целью определения структуры объектов предметной области и взаимосвязей между ними; обсуждаются вопросы формализации предметной области СОУ, которые связаны с разработкой внутреннего содержания логических модулей системы; рассмотрена обобщенная архитектура МАСОУ, в которой определены типы существующих в системе агентов и связи между ними. Во второй части главы представлена практическая реализация прототипа мультиагентной системы отдела писем и приема граждан. Здесь рассмотрены основные моменты разработки системы, проводимой в соответствии с технологией проектирования МАСОУ, и ее программная реализация.
В четвертой главе диссертации представлены результаты экспериментальных исследований моделей существующей системы и прототипа мультиагентной системы отдела писем и приема граждан. На основании характеристик системы, полученных в результате проведенных исследований, рассчитываются показатели эффективности функционирования систем с различным количеством каналов для математических и имитационных моделей, определяются наиболее оптимальные варианты. В заключительной части, на основании полученных результатов производится анализ эффективности внедрения мультиагентной системы.
-8-ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ. Объектом исследований являются системы организационного управления, решающие задачи организации работ по рассмотрению обращений граждан.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ. Предметом исследований являются мультиагентные информационные технологии решения задач управления и принятия решений.
ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является повышение эффективности функционирования систем организационного управления путем построения мультиагентной системы.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:
Исследование предметной области организации работ по рассмотрению обращений граждан в СОУ.
Разработка критериев эффективности процесса организации работ по рассмотрению обращений граждан в СОУ.
Разработка моделей и технологии проектирования мультиагентной системы организационного управления (МАСОУ).
Разработка и реализация прототипа МАСОУ.
5. Проведение вычислительного эксперимента по оценке эффективности
функционирования прототипа МАСОУ.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Для решения поставленных задач используются теория и методы систем массового обслуживания, математической логики, инженерии знаний, объектно-ориентированного и логического программирования.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
1. Модель процесса организации работ по рассмотрению обращений граждан в СОУ, основывающаяся на теории систем массового обслуживания. Данная модель определяет критерии эффективности функционирования службы, ответственной за организацию работ по рассмотрению обращений граждан в СОУ.
2. Модели МАСОУ, основанные на объектно-ориентированном подходе.
<* Использование представленных моделей позволяет строить информационные
системы, повышающие эффективность функционирования СОУ.
Имитационная модель процесса организации работ по рассмотрению обращений граждан в СОУ, позволяющая решить задачу оценки эффективности процесса организации работ по рассмотрению обращений граждан в СОУ.
Результаты вычислительных экспериментов по оценке эффективности функционирования СОУ, в соответствии с которыми доказана эффективность применения мультиагентного подхода.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Научная новизна положений, изложенных в работе,
представлена следующими результатами исследований:
Определены объективные критерии эффективности функционирования служб, ответственных за организацию работ по рассмотрению обращений граждан в СОУ.
Разработаны модели МАСОУ, основывающиеся на представлении СОУ в виде трех взаимоувязанных проекций - организационной, функциональной и информационной, позволяющие увязать существующее распределение функционала СОУ по организационной структуре с присущей ему обобщенностью представления информации для различных уровней системы.
3. Разработана имитационная модель процесса организации работ по
рассмотрению обращений граждан в СОУ, позволяющая количественно оценить
работу служб, ответственных за организацию работ по рассмотрению обращений
граждан в СОУ.
4. Определены показатели эффективности функционирования существующего
подразделения и прототипа МАС по организации рассмотрения обращений граждан,
доказана эффективность использования мультиагентной технологии.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Полученные в диссертации результаты исследования позволяют дать оценку эффективности осуществления работ по организации рассмотрения обращений граждан в СОУ. Разработанная технология проектирования МАСОУ позволяет проводить комплексную разработку мультиагентных информационных систем решения задач управления и принятия
-10-решений в организационных системах, использование которых повышает эффективность функционирования СОУ, что доказано результатами вычислительного эксперимента по определению характеристик работы существующей системы и созданного прототипа MAC.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в Правительстве Вологодской области, а также включены в лекционные курсы, послужили основой для постановки задач к курсовым и дипломным проектам в Вологодском государственном техническом университете.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доложены на межрегиональной научно-практической конференции «Научно-экономический потенциал региона. Актуальные проблемы», г.Вологда, 26 апреля 2001г.; на международной научно-технической конференции «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе СУБД, САПР, АСНИ и систем искусственного интеллекта», г.Вологда, 26-28 июня 2001г.; на международной научно-технической конференции «Моделирование, оптимизация и интенсификация производственных процессов и систем», г.Вологда, 3-6 октября 2001г.; на IX международной научно-технической конференции «Информационная среда вуза», г.Иваново, 20-21 ноября 2002г.; на XIV международной конференции «Применение новых технологий в образовании», г.Троицк, Московская область, 26-27 июня 2003 г.
ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертационной работы отражено в 12 печатных трудах, из которых 2 статьи в центральных журналах, 6 докладов, 4 тезиса.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 4 таблицы, 40 иллюстраций, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 137 наименований, приложений на 39 страницах.
Существующие технологии создания информационных систем организационного управления
Среди технологий автоматизации рабочих процессов наиболее интересными представляются CASE-средства и реализованные на их основе WorkFlow-технологии.
CASE-средства предназначены для анализа предметной области, проектирования и генерации программ информационных приложений. Могут существовать в виде отдельных утилит или интегрированной среды проектирования [24].
Современные CASE-средства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий проектирования информационных систем (ИС): от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации, покрывающих весь жизненный цикл программного обеспечения [25].
Наиболее трудоемкими этапами разработки ИС являются этапы анализа и проектирования, в процессе которых CASE-средства обеспечивают качество принимаемых технических решений и подготовку проектной документации [26]. При этом большую роль играют методы визуального представления информации. Это предполагает построение структурных или иных диаграмм в реальном масштабе времени, использование многообразной цветовой палитры, сквозную проверку синтаксических правил. Графические средства моделирования предметной области позволяют разработчикам в наглядном виде изучать существующую ИС, перестраивать ее в соответствии с поставленными целями и имеющимися ограничениями [27].
В разряд CASE-средств попадают как относительно дешевые системы для персональных компьютеров с весьма ограниченными возможностями, так и дорогостоящие системы для неоднородных вычислительных платформ и операционных сред [28]. Обычно к CASE-средствам относят любое программное средство, автоматизирующее ту или иную совокупность процессов жизненного цикла программного обеспечения и обладающее следующими основными особенностями [29]: - мощные графические средства для описания и документирования ИС, обеспечивающие удобный интерфейс с разработчиком и развивающие его творческие возможности; интеграция отдельных компонент CASE-средств, обеспечивающая управляемость процессом разработки ИС; - использование специальным образом организованного хранилища проектных метаданных (репозитория).
Интегрированное CASE-средство (или комплекс средств, поддерживающих полный жизненный цикл программного обеспечения) содержит следующие компоненты [30]: - репозиторий, являющийся основой CASE-средства, обеспечивающий хранение версий проекта и его отдельных компонентов, синхронизацию поступления информации от различных разработчиков при групповой разработке, контроль метаданных на полноту и непротиворечивость; - графические средства анализа и проектирования, обеспечивающие создание и редактирование иерархически связанных диаграмм (DFD, ERD и др.), образующих модели ИС; - средства разработки приложений, включая языки 4GL и генераторы кодов; - средства конфигурационного управления; -25 - средства документирования; - средства тестирования; - средства управления проектом; - средства реинжиниринга.
Все современные CASE-средства могут быть классифицированы в основном по типам и категориям. Классификация по типам отражает функциональную ориентацию CASE-средств на те или иные процессы жизненного цикла [31]. Классификация по категориям определяет степень интегрированности по выполняемым функциям и включает отдельные локальные средства, решающие небольшие автономные задачи, набор частично интегрированных средств, охватывающих большинство этапов жизненного цикла ИС и полностью интегрированные средства, поддерживающие весь жизненный цикл ИС и связанные общим репозиторием.
Классификация по типам в основном совпадает с компонентным составом CASE-средств и включает следующие основные типы [25, 26, 27]:
средства анализа (Upper CASE), предназначенные для построения и анализа моделей предметной области (Design/IDEF (Meta Software), BPwin (Logic Works));
средства анализа и проектирования (Middle CASE), поддерживающие наиболее распространенные методологии проектирования и использующиеся для создания проектных спецификаций компонентов и интерфейсов системы, архитектуры системы, алгоритмов и структур данных. К ним относятся Vantage Team Builder (Cayenne), Designer/2000 (ORACLE), Silverrun (CSA), PRO-IV (McDonnell Douglas), СА8Е.Аналитик (МакроПроджект).
средства проектирования баз данных, обеспечивающие моделирование данных и генерацию схем баз данных (как правило, на языке SQL) для наиболее распространенных систем управления базами данных (СУБД). К ним относятся ERwin (Logic Works), S-Designor (SDP) и DataBase Designer (ORACLE), а также средства проектирования баз данных, входящие в состав CASE-средств Vantage Team Builder, Designer/2000, Silverrun и PRO-IV;
Критерии эффективности функционирования системы
Для того чтобы оценить эффективность функционирования подразделения, занимающегося организацией работ по рассмотрению обращений граждан в СОУ, необходим соответствующий набор критериев оценки. До сих пор в качестве таковых выступали либо субъективные оценки, либо системы нормативов на выполнение операций. Естественно, что данными способами невозможно объективно оценить работу рассматриваемого подразделения. С точки зрения автора, соответствующий набор критериев эффективности можно получить путем построения модели процесса организации работ по рассмотрению обращений граждан в нотации теории систем массового обслуживания [100, 101, 102, 103].
Выбор типа системы
Рассматриваемую систему можно позиционировать как открытую многоканальную СМО (характеристики потока заявок не зависят от того, в каком состоянии находится система) с неограниченной очередью (все заявки должны быть обслужены). Работа подразделения представляется как процесс с дискретными состояниями и непрерывным временем.
В качестве заявок рассматриваются типовые операции, выполняемые сотрудниками подразделения, а в качестве каналов обслуживания - сами сотрудники.
Поскольку каждый из видов заявок поступает от большого числа независимых источников (в основном граждане и структуры СОУ, имеющие отношение к рассмотрению обращений) за определенный интервал времени (принятый интервал подведения итогов работы - месяц и год), то входящий поток заявок можно рассматривать как пуассоновский. В этом случае необходимо задать экспоненциальное распределение интервалов времени поступления для соседних заявок одного вида.
Время обслуживания каждого из видов заявок в системе носит случайный характер при небольшом разбросе подавляющей их части около средних значений. Исходя из этого, можно принять, что время обслуживания заявок подчиняется показательному закону (пропускная способность СМО зависит главным образом от среднего времени обслуживания одной заявки).
Можно абстрагироваться от распределения обязанностей, существующего в подразделении и допустить, что любой канал обслуживания может принимать любую заявку (данное допущение основано на фактическом порядке организации дел). Допустим также, что каждый канал имеет одинаковые характеристики по обслуживанию всех видов заявок.
В системе существует единственная очередь, куда помещаются заявки всех видов. Дисциплина ожидания в очереди бесприоритетная, организована по правилу FIFO (First In-First Out).
Математическое описание системы Исходными параметрами, характеризующими систему являются: - число каналов обслуживания - N; - интенсивность поступления заявок - X; - интенсивность обслуживания заявок - ц.. Интенсивность поступления заявок определяется как величина, обратная среднему времени между поступлениями двух смежных заявок (tp): Я=1ЛР.
Источник заявок вида 1 Источник заявок вида 2 Устройство обслуживания Канал 1 Источник заявок видаЗ Очередь Источник заявок вида 4 Канал N Источник заявок вида 5 Источник заявок вида 6 Рис.2.1. Графическое представление системы массового обслуживания для службы, отвечающей за организацию работ по рассмотрению обращений граждан
Интенсивность обслуживания заявок определяется как величина, обратная времени обслуживания одного требования (t0): u=l/t0.
Вследствие ординарности входящего потока и показательного распределения времени обслуживания за малый интервал времени At не может произойти более одного поступления и более одного окончания обслуживания заявок.
Рассмотрим установившийся режим работы системы, когда основные вероятностные характеристики ее постоянны во времени. При этом интенсивности входных и выходных потоков сбалансированы.
Общая схема технологии проектирования мультиагентнои системы организационного управления
В соответствии с представленной нами моделью, технология проектирования МАСОУ базируется на идентификации элементов трехуровневой структуры СОУ и их взаимосвязей, определении состава агентов и разработке для них структуры и содержания логических модулей [114]. В основе технологии лежит адаптированная методология проектирования распределенных интеллектуальных информационных систем (РИИС) [82].
Построение МАСОУ состоит из следующих основных этапов: концептуализация, формализация, разрработка архитектуры MAC, программная реализация (рис.3.1).
Этап концептуализации предполагает идентификацию основных объектов предметной области рассматриваемой СОУ и установление их взаимосвязей. В методологии РИИС объекты предметной области представляются в виде фрейм-концептов. Понятие фрейм-концепта включает в себя определение основных атрибутов объекта, его структуры и сценариев поведения применительно к различным условиям среды функционирования системы. Взаимосвязи фрейм-концептов системы определяют FK-проекцию предметной области.
На первом этапе проектирования по результатам анализа предметной области рассматриваемой организации определяются все основные элементы. Данный этап осуществляется с использованием методологии функционального моделирования, которая позволяет последовательно по всем уровням выделить функциональные элементы системы, увязать их с организационной структурой и определить их информационную составляющую.
В соответствии с построенной функциональной моделью строится FK-проекция предметной области и определяется содержание всех ее фрейм-концептов.
Этап концептуализации завершается определением структуры логических модулей (или в соответствии с методологией РИИС - модулей концептуальных графов), определяющих логические связи между фрейм-концептами. Здесь строится FKM-проекция предметной области, для чего в FK-проекцию для фрейм-концептов, обладающих собственным поведением вводятся модули концептуальных графов и устанавливаются их связи с остальными фрейм-концептами системы.
На этапе формализации определяется содержание модулей концептуальных графов FKM-проекции. При этом происходит извлечение и представление знаний. На уровне каждого модуля повторяются этапы концептуализации и формализации в соответствии со связями, установленными для него. При необходимости производится дальнейшая декомпозиция объектов, представляемых фрейм-концептами.
На основе результатов проведенных этапов концептуализации и формализации определяется архитектура проектируемой MAC, т.е. определяются состав и взаимосвязи агентов системы.
На заключительном этапе осуществляется программная реализация МАСОУ, для чего выбираются средства реализации и разрабатываются алгоритмы функционирования агентов.
Методология функционального моделирования представляет собой совокупность методов для построения моделей производственно-технических и организационно-экономических систем на основе выработанного формализованного языка моделирования. Ядро методологии составляет метаязык - совокупность выразительных средств, универсальных по отношению к описываемому объекту, допускающих построение сложных системных моделей представляемого процесса (организации). Язык имеет синтатксис и семантику. Набор структурных элементов языка, их характеристики и правила, определяющие связи между компонентами, представляют собой синтаксис языка. Компоненты синтаксиса - блоки, стрелки, диаграммы и правила. Блоки представляют функции, определяемые как деятельность, процесс, операция, действие или преобразование. Стрелки представляют данные или материальные объекты, связанные с функциями. Правила определяют, как следует применять компоненты; диаграммы обеспечивают формат графического и словесного описания моделей. Формат образует основу для управления конфигурацией модели. Семантика определяет содержание (значение) синтаксических компонентов языка и способствует правильности их интерпретации. Интерпретация устанавливает соответствие между блоками и стрелками с одной стороны и функциями и их интерфейсами - с другой.
Комбинация блоков с задействованными связями и представляет собой модель реального объекта [27]. Блоки представляют основные функции моделируемого объекта. Эти функции могут быть разбиты (декомпозированы) на составные часги и представлены в виде более подробных диаграмм; процесс декомпозиции продолжается до тех пор, пока объект не будет описан на уровне детализации, необходимом для достижения целей конкретного проекта. Диаграмма верхнего уровня обеспечивает наиболее общее описание объекта моделирования. За этой диаграммой следует серия дочерних диаграмм, дающих более детальное представление об объекте. Декомпозиция формирует границы, и каждый блок функциональной диаграммы рассматривается как формальная граница некоторой части целой системы, которая описывается.
Функциональная модель дает полное, точное и адекватное описание системы, имеющее конкретное назначение, называемое целью модели. Целью модели является получение ответов на некоторую совокупность вопросов с заданной степенью точности. Если модель отвечает не на все вопросы или ее ответы недостаточно точны, то модель не достигает своей цели.
Вычислительный эксперимент для математической модели существующего отдела писем и приема граждан
Сложность возникающих задач не позволяет получить исчерпывающие решения на базе аналитических методов [136] даже при численной реализации последних. В таких ситуациях приходится прибегать к имитационному моделированию.
Имитационная модель отображает стохастический процесс смены дискретных состояний СМО в непрерывном времени в форме моделирующего алгоритма. При его реализации на ЭВМ производится накопление статистических данных по тем атрибутам модели, характеристики которых являются предметом исследований. По окончании моделирования накопленная статистика обрабатывается, и результаты моделирования получаются в виде выборочных распределений исследуемых величин или их выборочных моментов.
Сложные функции моделирующего алгоритма могут быть реализованы средствами универсальных языков программирования, что предоставляет неограниченные возможности в разработке, отладке и использовании модели. Однако подобная гибкость приобретается ценой больших усилий, затрачиваемых на разработку и программирование весьма сложных моделирующих алгоритмов, оперирующих со списковыми структурами данных. Альтернативой этому является использование специализированных языков имитационного моделирования.
Специализированные языки имеют средства описания структуры и процесса функционирования моделируемой системы, что значительно облегчает и упрощает программирование имитационных моделей, поскольку основные функции моделирующего алгоритма при этом реализуются автоматически. Программы имитационных моделей на специализированных языках моделирования близки к описаниям моделируемых систем на естественном языке, что позволяет конструировать сложные имитационные модели пользователям, не являющимся профессиональными программистами.
Одним из наиболее эффективных и распространенных языков моделирования сложных дискретных систем является в настоящее время язык GPSS [137]. Он может быть с наибольшим успехом использован для моделирования систем, формализуемых в виде систем массового обслуживания. В качестве объектов языка используются аналоги таких стандартных компонентов СМО, как заявки, обслуживающие приборы, очереди и т.п. Достаточный набор подобных компонентов позволяет конструировать сложные имитационные модели, сохраняя привычную терминологию СМО.
Имитационное моделирование позволяет исследовать СМО при различных типах входных потоков и интенсивностях поступления заявок на входы, при вариациях параметров, при различных дисциплинах обслуживания заявок.
К достоинствам имитационного моделирования можно отнести: - практически неограниченную сложность моделируемого объекта как по структуре, так и по количеству компонентов; - масштабируемость модели без её существенного изменения; - возможность быстрой доработки модели при изменении структуры или состава моделируемого объекта; - возможность выявления обобщенных факторов и свойств объекта, характеризующих эффективность его функционирования, на основе полученных в ходе имитационного моделирования статистических зависимостей.
В исследуемых системах, заявки, поступающие в систему, неоднородны, каждый вид заявок различается интенсивностью поступления и средним временем обслуживания. При такой постановке задачи достаточно сложно использовать для исследования только математический аппарат. Хороший результат дало привлечение среды имитационного моделирования. После оценки существующих и доступных систем было решено использовать программную оболочку GPSS World (разработка Minuteman Software), а именно ее свободно распространяемую версию GPSS World Student Version 4.3.5.
GPSS World позволяет наглядно продемонстрировать поведение потока вызовов и самой системы [136]. Он обладает высокой интерактивностью, диалоговыми возможностями, многозадачностью, средствами наладки, возможностью работы в пошаговом режиме. Для визуализации процесса моделирования предусмотрены динамические окна, со стилизованным отображением объектов любого существующего типа. Для доступа к микросостояниям процесса моделирования предусмотрен механизм кадров.
Основными элементами этого языка являются транзакты и блоки, которые отображают соответственно динамические и статические объекты моделируемой системы. Передача управления от блока к блоку в GPSS-программах реализуется с помощью движения транзактов в модельном времени. Система позволяет наглядно отследить перемещение транзактов от блока к блоку, изменение значений системных атрибутов и параметров транзактов, строить графики и диаграммы, делать снимки в заданный момент времени в процессе моделирования. Как результат моделирования выводится отчет, который содержит все необходимые сведения и оценку основных параметров. Из отчета можно узнать: начальное время моделирования, время окончания, число блоков, число каналов обслуживания, число накопителей, число входов заявок, коэффициент использования каналов обслуживания, среднее время обслуживания, число отказов, максимальное, минимальное и среднее содержание очереди, число входов без попадания в очередь и др.
На языке GPSS World была создана имитационная модель отдела писем и приема граждан, с помощью которой можно определять как характеристики работы реального отдела писем и приема граждан, так и характеристики работы мультиагентной системы отдела писем и приема граждан. Программа состоит из 8 сегментов: - с первого по шестой сегменты определяют порядок создания заявок различных видов; - в седьмом сегменте определяется порядок постановки и выхода заявки из общей очереди и порядок обслуживания заявок многоканальным устройством (USTR); - восьмой сегмент задает время моделирования (в качестве единицы модельного времени выбрана 1 минута. Время моделирования работы системы - рабочее время за 1 год: 253 х 8 х 60 = 121440 минут).
